منبع: مرکز پستانداران آلمان (DPZ)/German Primate Center
خلاصه: مطالعهای جدید توسط عصبشناسان نشان میدهد که مغز ما با انواع مختلف عدم قطعیت بصری در طول حرکات به روشهای متفاوتی برخورد میکند. بسته به نوع عدم قطعیت، برنامهریزی و اجرای حرکات در مغز به طور متفاوتی تحت تأثیر قرار میگیرند. این یافتهها میتواند به بهینهسازی رابطهای مغز و رایانه کمک کند، برای مثال، به افرادی که دچار فلج هستند کمک کند تا پروتزها یا رایانهها را تنها با افکار خود کنترل کنند.
مطالعهای جدید توسط عصبشناسان در مرکز پستانداران آلمان (DPZ) - موسسه تحقیقات پستانداران لایبنیتس در گوتینگن نشان میدهد که مغز ما با انواع مختلف عدم قطعیت بصری در طول حرکات به روشهای متفاوتی برخورد میکند. بسته به نوع عدم قطعیت، برنامهریزی و اجرای حرکات در مغز به طور متفاوتی تحت تأثیر قرار میگیرند. این یافتهها میتواند به بهینهسازی رابطهای مغز و رایانه کمک کند، برای مثال، به افرادی که دچار فلج هستند کمک کند تا پروتزها یا رایانهها را تنها با افکار خود کنترل کنند.
تصور کنید که نیمهشب تشنه از خواب بیدار میشوید و باید در تاریکی به دنبال یک لیوان آب بگردید. بدون دید واضح، مغز شما باید تخمین بزند که لیوان کجاست و دست شما کجاست - چالشی که اغلب منجر به حرکات غیردقیق میشود. مغز دو قطعه اطلاعات کلیدی را پردازش میکند: باید بداند دست کجاست و آن را به کجا حرکت دهد. اما اگر این اطلاعات نادرست باشد چه اتفاقی میافتد؟ دانشمندان گروه تحقیقات حسی-حرکتی در DPZ این مسئله عدم قطعیت بصری را در طول کنترل حرکت در مطالعه خود با میمونهای رزوس بررسی کردند.
در این آزمایش، میمونها یک نشانگر را روی صفحه نمایش حرکت دادند - با استفاده از نوعی جویاستیک. دو نوع عدم قطعیت مورد بررسی قرار گرفت: در عدم قطعیت هدف، هدف حرکت با چندین شی پراکنده نشان داده میشد، به طوری که مشخص نبود هدف دقیقاً کجاست. در مورد عدم قطعیت بازخورد، نشانگر با چندین شی کوچک و پراکنده جایگزین شد، به طوری که مشخص نبود دست خود کاربر دقیقاً کجاست. علاوه بر این، محققان اثرات عدم قطعیت بازخورد را در حالی که میمونها نشانگر را از طریق یک رابط مغز و رایانه کنترل میکردند، عملاً صرفاً با فکر کردن، آزمایش کردند. در این حالت، تنها اطلاعات بصری به عنوان بازخورد در مورد حرکت خود در دسترس است، برخلاف حرکات طبیعی بازو که در آن بدن نیز موقعیت دست را از طریق سایر سیستمهای حسی حس میکند.
اثرات مختلف بر حرکت
نتایج نشان میدهد که مغز به طور متفاوتی به عدم قطعیت واکنش نشان میدهد: عدم قطعیت هدف در درجه اول بر برنامهریزی و شروع حرکت تأثیر میگذارد. اگر میمونها دقیقاً نمیدانستند هدف کجاست، حرکات از همان ابتدا کم دقتتر بودند، یعنی به طور غیردقیق برنامهریزی شده بودند. این امر در فعالیت سلولهای مغزی در قشر حرکتی نیز منعکس شد. در مقابل، اختلال در حرکات ناشی از عدم قطعیت بازخورد تنها زمانی به وضوح آشکار بود که میمونها کاملاً به بازخورد بصری وابسته بودند - مانند مورد کنترل با استفاده از رابط مغز و رایانه. در این حالت، عدم قطعیت بازخورد در درجه اول بر اجرای دقیق حرکت تأثیر میگذارد.
محققان همچنین دریافتند که فعالیت عصبی در قشر حرکتی هم عدم قطعیت هدف و هم عدم قطعیت بازخورد را منعکس میکند، اما این دو شکل عدم قطعیت در زمانهای مختلف پردازش میشوند. این نشان میدهد که مغز اطلاعات مربوط به هدف و موقعیت دست را در مراحل مختلف کنترل حرکت ادغام میکند.
اهمیت برای رابطهای مغز و رایانه
این یافتهها میتواند به بهبود رابطهای مغز و رایانه (BCI) کمک کند. این فناوری افراد فلج را قادر میسازد، برای مثال، پروتزها یا رایانهها را تنها با افکار خود کنترل کنند. از آنجایی که کاربران BCI معمولاً به شدت به بازخورد بصری متکی هستند، زیرا این اغلب تمام چیزی است که در اختیار دارند، به ویژه در برابر عدم قطعیتها در درک حرکت خود آسیبپذیر هستند. ادغام سیگنالهای حسی اضافی میتواند یک راه حل امیدوارکننده باشد. به عنوان مثال، موتورهای ارتعاشی، یعنی بازخورد لمسی، میتواند اطلاعات بیشتری در مورد حرکت دست خود در اختیار کاربران قرار دهد و عدم قطعیتها را جبران کند. گروه تحقیقاتی به رهبری الکساندر گیل در حال حاضر به آزمایشها ادامه میدهد و رویکرد تحقیقاتی را به عنوان بخشی از مرکز تحقیقات مشترک جدید SFB 1690 توسعه میدهد.
لوکاس آمان، عصبشناس در گروه تحقیقات حسی-حرکتی و نویسنده اصلی این مطالعه به همراه ویرجینیا کاساسنوواس، توضیح میدهد: "نتایج ما نشان میدهد که مغز میتواند عدم قطعیت را در زمانی که منابع اطلاعاتی جایگزین در دسترس هستند جبران کند. این یک عامل حیاتی برای بهبود BCIها است، زیرا کاربران در حال حاضر اغلب محدود به بازخورد بصری هستند. محرکهای حسی اضافی میتواند به دقیقتر و شهودیتر کردن کنترل نوروپروتزها کمک کند."
بنابراین، این مطالعه بینشهای مهمی در مورد چگونگی برخورد مغز با عدم قطعیت حسی ارائه میدهد - پایهای برای توسعه بیشتر فناوریهایی که میتواند به افراد دارای اختلالات حرکتی کمک کند.
منبع داستان:
مطالب ارائه شده توسط مرکز پستانداران آلمان (DPZ)/German Primate Center. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.
مرجع مجله:
- Lukas K. Amann, Virginia Casasnovas, Alexander Gail. Visual target and task-critical feedback uncertainty impair different stages of reach planning in motor cortex. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-58738-x
نحوه استناد به این صفحه:
مرکز پستانداران آلمان (DPZ)/German Primate Center. "چگونه مغز حرکات را در شرایط عدم قطعیت کنترل میکند." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 آوریل 2025. <www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250414124345.htm>.